中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

极端环境下望远镜运行可靠性一直是一个备受关注的话题，伴随我国天文事业的发展，更大口径地基望远镜、南极望远镜、空间望远镜对驱动系统可靠性提出了更高的要求。故障诊断技术对提高望远镜运行可靠性必不可少，而非预期状态研究又是故障诊断技术中不可或缺的一环。目前，望远镜驱动系统非预期状态研究在国内尚属首次，意义重大。本论文的研究工作将为望远镜驱动系统提供非预期状态研究这个关键难题的解决方案，在提高望远镜运行可靠性的同时也为望远镜
健康管理系统的构建提供理论和技术储备。 

本论文对极端环境下望远镜驱动系统的非预期状态展开研究，主要研究内容
分为如下几个部分：
（1）在目前非预期状态研究缺乏完善的理论基础和现成技术手段的情况下，创新性的结合已有预期故障诊断技术为非预期状态研究指明了方向。本文在对非预期状态进行规范和细分并明确相关定义的基础上，建立了非预期状态识别的三层通用过程模型。

（2）在望远镜驱动系统非预期状态识别通用过程模型的基础上，提出了基于时序特征向量的非预期状态识别方法。分别制定了非预期正常状态隔离规则和非预期故障状态识别规则，并通过定性分析和定量计算的方式证明了该方法的有效性和可行性。

（3）对望远镜非预期状态识别的离线检测算法进行研究，针对有先验故障数据
选择的二分类支持向量机和无先验故障数据选择的单类支持向量机两种不同应用场景，分别用南极巡天望远镜 AST3-3 的实际运行数据对方法有效性进行了验证。分析结果表明，针对不同应用场景选择不同的离线检测算法能获得更好的检测结果。 

（4）本文还探索了基于模型的数据驱动设计在非预期状态识别中的应用方法，通过利用辨识的方法得到系统稳定核表示从而构建状态描述矩阵，再利用主元分析法对状态描述矩阵进行主元提取进而得到状态评价向量，以此获得对非预期状态的判别。 

（5）针对望远镜驱动系统实际遇到的非预期状态，搭建了半物理仿真平台用于模拟望远镜驱动系统运动过程中可能出现的负载和读数头相关的非预期状态。该平台模拟的实验一方面将非预期状态转化为了预期状态，另一方面也为望远镜驱动系统设计和故障诊断方案提供解决问题的思路。 

本研究对诸如昆仑暗物质宇宙巡天望远镜 KDUST、6-8 米南极光学/红外望远镜、12 米大型光学红外望远镜 LOT 这样预计建造在高寒、高海拔、人迹罕至地区的天文仪器都有参考和实用价值。目前国内外对驱动系统非预期状态的研究还处于初级阶段，对此展开研究是非常有必要的。该研究对于完善望远镜运行体系、控制系统优化、故障诊断和处理、驱动系统故障演化及寿命估计都有重要意义。